Исследование и проектирование моделей и программных средств эмуляции вычислительных систем

• Автор: Ицыксон, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: СПб
• Количество страниц: 249 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА . МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И КРОССРАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

1.1. Иерархия уровней моделирования

1.1.1. Кремниевый уровень

1.1.2. Схемный уровень

1.1.3. Уровень логических элементов

1.1.4. Регистровый уровень

1.1.5. Уровень интегральных схем.

1.1.6. Архитектурный уровень

1.1.7. Системный уровень

1.2. Обзор языков моделирования и описания аппаратуры

1.2.1. Система I
1.2.2. Язык
1.2.3. Язык
1.2.4. Система i
1.2.5. Язык
1.2.6. Система МОДИС
1.2.7. Язык Vi
1.2.8. Системы, основанные на языке V
1.3. Классификация систем эмуляции
1.3.1. Эмуляторы микропроцессоров
1.3.2. Эмуляторы микропроцессорных комплектов
1.3.3. Эмуляторы вычислительных систем
1.4. Обзор систем эмуляции
1.4.1. Кросссистема разработки и отладки ПО КСИ1
1.4.2. Комплексы кросссредств для однокристальной микроЭВМ КВЕ и для микропроцессоров серии КВМ
1.4.3. Отладчикиэмуляторы , 6 и I
1.4.4. Внутрисхемный эмулятор АСЕС
1.4.5. Имитационная среда моделирования ЕХАМРС
1.4.6. Средства разработки и отладки ПО промышленных контроллеров НV
1.4.7. Набор инструментальных средств i i
1.4.8. Система V
1.4. Выводы и постановка задач исследования
ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
2.1. Компоненты модели вычислительных систем
2.2. Устройства
2.2.1. Интерфейс устройства
2.2.2. Ресурсы устройства
2.2.3. Поведение устройства
2.3. Коммуникации
2.3.1. Шины
2.3.2. Сигналы
2.4. Динамика функционирования модели
2.5. Коммутаторы
2.6. Итоговая модель вычислительных систем
2.7. Выводы
ГЛАВА 3. ЯЗЫК МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
3.1. Организация системы моделирования
3.2. Определение требований, предъявляемых к языку моделирования
3.2. Основные концепции построения языка моделирования
3.2.1. Структура и синтаксис языка
3.2.2. Объекты, используемые в языке
3.2.3. Представление данных
3.3. Спецификация языка
3.3.1. Алфавит и словарь языка
3.3.2. Описание устройств
3.3.3 Структурирование программ устройств
3.3.4. Описание коммутаторов
3.3.5. Описание архитектуры
3.4. Использование внешних встраиваемых модулей для моделирования работы периферийных устройств
3.5. Доказательство полноты средств языка
3.6. Полнота модели для описания вычислительных систем
3.7. Сравнение разработанного языка с другими языками моделирования
3.8. Выводы
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ И ПРОЕКТИРОВАНИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
4.1. Моделирование реконфигурируемых вычислительных систем
4.2. Моделирование вычислительных систем со сбоями и отказами
4.3. Переход от моделей архитектурного уровня к моделям нижних уровней
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. РЕАЛИЗАЦИЯ ЭМУЛЯТОРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА РАЗЛИЧНЫХ АРХИТЕКТУРАХ
5.1. Оценивание эффективности эмуляции
5.2. Реализация эмулятора на однопроцессорной ЭВМ
5.2.1. Организация системы эмуляции на основе интерпретатора
5.2.2. Организация системы эмуляции на основе компилятора
5.2.3. Организация вычислительного процесса для реализации параллельного взаимодействия компонентов
5.2.4. Организация функционирования программ устройств с помощью параллельных процессов
5.2.5. Организация функционирования программ устройств с помощью многопоточности
5.2.6. Организация функционирования программ устройств с помощью сопрограмм
5.3. Реализация эмулятора на многопроцессорной ЭВМ
5.4. Универсальный программноаппаратный эмулятор
5.4.1. Архитектура универсального программноаппаратного эмулятора
5.4.2. Проецирование архитектуры моделируемой ВС
5.4.3. Оценка временных характеристик универсального эмулятора
5.5. Реализация эмулятора с помощью компьютерной сети
5.6. Выводы
ГЛАВА 6. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ЭМУЛЯЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
6.1. Структура программного комплекса
6.1.1. Графический редактор архитектур
6.1.2. Компилятор языка моделирования
6.1.3. Подсистема моделирования
6.1.4. Метаассемблер
6.1.5. Система визуализации
6.1.6. Ингсфированная среда эмуляции .
6.2. Процесс эмуляции ВС
6.3. Алгоритм эмуляции ВС
6.4. Автоматическая генерация структуры программы устройств
6.5. Реализация программного комплекса
6.6. Выводы
ГЛАВА 7. ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ МОДЕЛИ И ЯЗЫКА ДЛЯ ЭМУЛЯЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
7.1. Эмуляция систем на основе микропроцессора
7.2. Эмуляция однокристальной ЭВМ серии МК
7.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРА ТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ГРАММА ТИКА ЯЗЫКА
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ШАБЛОН ПРОГРАММЫ, СГЕНЕРИРОВАННЫЙ ПО СПЕЦИФИКАЦИИ МИКРОПРОЦЕССОРА КР
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. СООТВЕТСТВИЕ ЯЗЫКОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ И V1I
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ОПИСАНИЕ ВС НА ОСНОВЕ МИКРОПРОЦЕССОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ОПИСАНИЕ ВС НА ОСНОВЕ МК
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. ДОКУМЕНТЫ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛБ ТА ТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Результатом моделирования является получение обобщенных характеристик вычислительных систем, таких как коэффициенты загрузки, коэффициенты простоя, средние времена обслуживания, средние времена нахождения заявок в очереди, длины очередей. Существует множество языков моделирования, таких как вРББ , , БМРЬ, АБРОЬ 1, позволяющих моделировать системы на данном уровне. Они используются, когда необходимо получить обобщенные статистические характеристики работы вычислительных систем, комплексов, сетей. В таблице 1. Из всех уровней, удовлетворяющих данной поставленным условиям, необходимо выбирать самый высокий в абстракций представлений, так как затраты на создание модели моделирования в этом случае будут минимальны. Таблица 1. Уровень логических элементов Логические функции и таблицы истинности Логические элементы И, ИЛИ, НЕ и т. Уровень интегральных схем Входнысвыходнме зависимости интегральных схем, алгоритмы работы устройств Микропроцессоры, модули памяти, параллельные порты. Архитектурный уровень Алгоритмы работы устройств, системы команд Микропроцессоры, модули ОЗУ, ПЗУ, микроконтроллеры, сопроцессоры. Системный уровень Теория систем массового обслуживания, сети Петри, агрегативные системы Обслуживающие устройства процессоры, ЗУ, каналы обработки данных очереди, связи. Рассмотренная в предыдущем параграфе классификация уровней детализации представления вычислительных систем свидетельствует о широком спектре подходов к моделированию вычислительных систем. Различные уровни могут отличаться не только применяемыми моделями и методами, но и целями моделирования. В каждом конкретном случае цель моделирования может варьироваться от получения общих характеристик функционирования программноаппаратной системы до синтеза целой вычислительной системы или ее компонентов. На каждом уровне детализации существует множество систем моделирования, обладающих специфическими характеристиками. Рассмотрим основные системы и языки моделирования, применяемые на различных стадиях проектирования. Каждую систему и язык мы будем оценивать не опираясь исключительно на ее функциональные характеристики, а в свете использования в дальнейшем в процессе эмуляции вычислительных систем. Программный комплекс ЛМ , разработанный на кафедре автоматики и вычислительной техники СанктПетербургского Государственного Технического Университета профессорами М. Ф. Лекаревым и В. Ф. Мелехиным является системой моделирования на уровнях логических вентилей и уровне регистровых передач. В основе системы лежит язык логического моделирования ЛМ. Моделируемая цифровая схема представляется в виде программы на языке ЛМ. Программа содержит описания устройств, входящих в состав схемы, описание алгоритмов их работы, выполняемых функций и разрядности используемых данных. В языке нет средств для явного указания связей между отдельными функциональными элементами связи указываются неявно, путем задания соединенным точкам схемы одинаковых символических имен. Написанная на языке I программа транслируется, компонуется, после чего начинается имитация работы схемы, по окончании которой возможно получение результатов работы. Система применима при схемотехническом проектировании на этапе анализа и синтеза комбинационных схем и конечных автоматов. Применение сс на высших уровнях иерархии например для эмуляции не представляется возможным изза используемых низкоуровневых примитивов. Язык описания аппаратуры ii фирмы входит в состав комплекса проектирования аппаратных средств X II . Язык предназначен для создания моделей и проектирования аппаратных средств на уровне комбинационных схем и регистровых передач. Модель устройства i на языке представляется программой, состоящей из нескольких секций. Язык имеет возможности по описанию входных, выходных и двунаправленных портов моделируемой схемы. Описание функционирования устройства располагается в секции определения логики i i. Поведение устройства описывается про1раммой, состоящей из операторов присваивания, операторов ветвления, мультиветвления и таблиц истинности. В языке имеется возможность создания параметризируемых моделей.